线程池应用浅析

线程池应用浅析

七月 20, 2020

version 0.3

[TOC]

优点:

重用存在的线程,减少对象创建、消亡的开销,提升性能。 可有效控制最大并发线程数,提高系统资源的使用率,同时避免过多资源竞争,避免堵塞。 提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。(池化技术很多都用了复用思想,享元模式减少创建对象的数量,以减少内存占用提高性能)

线程池组成与运行机制

Java线程池构造方法:(四部分)

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public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,  
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)
  1. 线程池管理器ThreadPool):用于创建并管理线程池,包括 创建线程池,销毁线程池,添加新任务;
  2. 工作线程PoolWorker):线程池中线程在没有任务时处于等待状态,可以循环的执行任务;
  3. 任务接口Task):每个任务必须实现的接口,以供工作线程调度任务的执行,它主要规定了任务的入口,任务执行完后的收尾工作,任务的执行状态等;
  4. 任队列taskQueue):用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

执行流程:

  • 当线程池小于corePoolSize时,新提交任务将创建一个新线程执行任务,即使此时线程池中存在空闲线程。

  • 当线程池达到corePoolSize时,新提交任务将被放入workQueue中,等待线程池中任务调度执行

  • 当workQueue已满,且maximumPoolSize>corePoolSize时,新提交任务会创建新线程执行任务

  • 当提交任务数超过maximumPoolSize时,新提交任务由RejectedExecutionHandler处理

  • 当线程池中超过corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime时,关闭空闲线程

  • 当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时,线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭

分析:

对于任务队列影响线程池的表现:

我们可以看到,线程池的创建运行不光是要指定核心与线程数,同样更要结合所使用的任务队列特性去区别对待。

  • 如果采用无界的阻塞队列比如 LinkedBlockingQueue ,因为没有大小限制,队列中可以不断的添加任务,然后一直都是最小核心线程的数量来做事情。换句话说就是最多只能按照最小线程数量来创建,而线程池的maxsize被忽略了。这也可以很好地解释newFixedThreadPool的为什么直接将核心数与最大数设置为同一个值,以此来保证并发控制。但由于这种特殊无界的特性,需要关注到是否合理使用防止OOM的发生。(比如OkHttp中,虽然也是创建的newCacheThreadPool 但外部的任务安排还是通过Dispatcher来调度管理分配的避免同时创建过多,默认是64个请求或者5个主机数以内)
  • 而如果采用一个有界的队列比如ArrayBlockingQueue,(假定一个线程池为最小3,最大6,任务队列大小为5)。当前三个任务加入时最小核心数3保持着运行,然后继续添加5个任务,这个时候在任务队列都可以容纳的前提下线程池仍旧不会开启新的线程,但当再添加任务时,这个时候才会开启新的工作线程,执行队列中的第一个任务,再将这个新的任务放入任务队列,直到超过最大线程数量后会抛出异常(假设这段时间内没有任何一个任务结束,保证都在运行任务)。这很好的体现了线程池对于多任务并行处理的控制作用,起到了一个节流阀的功效。

Java默认提供的线程池种类:

newCachedThreadPool:(特殊无界)

•底层:返回ThreadPoolExecutor实例,corePoolSize为0;maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUEkeepAliveTime为60L;unit为TimeUnit.SECONDS;workQueue为SynchronousQueue(同步队列)

•通俗:当有新任务到来,则插入到SynchronousQueue中,由于SynchronousQueue是同步队列,因此会在池中寻找可用线程来执行,若有可以线程则执行,若没有可用线程则创建一个线程来执行该任务;若池中线程空闲时间超过指定大小,则该线程会被销毁

•适用:执行很多短期异步的小程序或者负载较轻的服务器

注意:由于可创建很多,所以有OOM的风险,由于使用的队列是SynchronousQueue该队列实际不会堆积任务,只要生产者产生任务,就会有消费者也就是线程来处理。

newFixedThreadPool:(无界)

•底层:返回ThreadPoolExecutor实例,接收参数为所设定线程数量nThread,corePoolSize为nThreadmaximumPoolSize为nThread;keepAliveTime为0L(不限时);unit为:TimeUnit.MILLISECONDS;WorkQueue为:new LinkedBlockingQueue() 无界阻塞队列

•通俗:创建可容纳固定数量线程的池子,每隔线程的存活时间是无限的,当池子满了就不在添加线程了;如果池中的所有线程均在繁忙状态,对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)

•适用:执行长期的任务,性能好很多

newSingleThreadExecutor:

•底层:FinalizableDelegatedExecutorService包装的ThreadPoolExecutor实例,corePoolSize为1;maximumPoolSize为1;keepAliveTime为0L;unit为:TimeUnit.MILLISECONDS;workQueue为:new LinkedBlockingQueue() 无界阻塞队列

 •通俗:创建只有一个线程的线程池,且线程的存活时间是无限的;当该线程正繁忙时,对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)

 •适用:一个任务一个任务执行的场景
 
 ps:
 回头复习时候看,这里对比创建一个只有1个最大任务数的newFixedThreadPool有什么区别呢?    

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public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService //这里用到了装饰器模式,这是与Fix的唯一区别
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

FinalizableDelegatedExecutorService类里面多了一个finalize()方法,该方法实际上调用的是线程池的shutdown()方法把线程池状态变为SHUTDOWN(即把任务执行完而不接受新任务)。

而二者之间主要区别在于垃圾回收时Single线程池多了一步销毁方法,其次是Fix线程池后期可以更改线程池数量,Single不可以(因为本来就是单一)

NewScheduledThreadPool:

•底层:创建ScheduledThreadPoolExecutor实例,corePoolSize为传递来的参数,maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE;keepAliveTime为0;unit为:TimeUnit.NANOSECONDS;workQueue为:new DelayedWorkQueue() 一个按超时时间升序排序的队列

 •通俗:创建一个固定大小的线程池,线程池内线程存活时间无限制,线程池可以支持定时及周期性任务执行,如果所有线程均处于繁忙状态,对于新任务会进入DelayedWorkQueue队列中,这是一种按照超时时间排序的队列结构

•适用:周期性执行任务的场景

更新日志:

版本 时间 说明
version 0.1 2020年05月20日20:50:03 初版整理
version 0.2 2020年07月21日17:49:04 添加FixSingle线程池区分
version 0.3 2022年02月08日14:51:43 重新修正排版顺序